3D Visualisierung des Untergrunds: Ein Blick in die Tiefe mit dem SubsurfaceViewer

Die Erde ist mehr als das, was wir an ihrer Oberfläche sehen können. Unter unseren Füßen verbirgt sich ein komplexes Geflecht aus Sedimenten, Gesteinsschichten, Grundwasserleitern und geologischen Störungen. Diese Strukturen zu verstehen, ist für zahlreiche Disziplinen essenziell – von der Geologie über den Wasserbau bis hin zur Stadtplanung. Mit dem „SubsurfaceViewer” steht ein spezialisiertes Werkzeug zur Verfügung, das die dreidimensionale Visualisierung des Untergrunds auf ein neues Niveau hebt. 

Was ist der SubsurfaceViewer? 

Der SubsurfaceViewer ist ein geowissenschaftliches Modellierungswerkzeug, das speziell für die konzeptionelle 3D-Kartierung von Lockersedimenten (insbesondere aus dem Quartär und dem Tertiär) im regionalen Maßstab entwickelt wurde. Die Software wurde aus der Praxis heraus – von Geologen für Geologen – entwickelt und über Jahrzehnte hinweg kontinuierlich weiter verbessert. Sie eignet sich besonders für die Darstellung nicht verfestigter geologischer Einheiten, wie sie in vielen urbanen und landwirtschaftlich genutzten Regionen vorkommen. 

Technische Grundlagen der 3D-Modellierung

Für die digitale Abbildung des geologischen Untergrunds kommen bewährte Verfahren der Schichtenmodellierung und räumlichen Datenverarbeitung zum Einsatz.

Geologische Schichten modellieren

Im Zentrum der Anwendung steht die Schichtenmodellierung. Jede geologische Schicht wird durch: 

• Schichtumrandungspolygone 

• Triangulierte Ober- und Unterkanten 

• Voxel-basierte Volumenmodelle 

beschrieben. Die Schichtoberkante wird dabei automatisch aus den Unterkanten der darüberliegenden Schichten berechnet. Dieses Verfahren vereinfacht insbesondere die Modellierung komplexer Schichtfolgen.

Interpolation mit Kriging

Zur Berechnung kontinuierlicher Flächen aus diskreten Punktdaten nutzt der SubsurfaceViewer verschiedene Kriging-Methoden: 

• Ordinary Kriging 

• Indikatorkriging 

• Median Indikator Kriging 

Mithilfe dieser Verfahren ist eine präzise räumliche Interpolation geologischer Parameter wie Korngröße, Durchlässigkeit oder chemische Zusammensetzung möglich – inklusive Unsicherheitsabschätzung.

Voxelmodellierung

Visualisierungsmöglichkeiten 

Die Stärke des SubsurfaceViewers liegt in seiner interaktiven Visualisierung: 

• 3D-Blockmodelle mit frei drehbarer Perspektive 

• Profilschnitte entlang beliebiger Linien 

• Strukturkarten für Ober- und Unterkanten 

• Parameterkarten für geostatistische Werte 

• Transparenz- und Farbanpassung zur Hervorhebung bestimmter Schichten oder Parameter 

Diese Darstellungen sind nicht nur visuell ansprechend, sondern auch wissenschaftlich fundiert und für Präsentationen, Gutachten oder Entscheidungsprozesse direkt nutzbar. 

Erweiterte Aspekte der 3D-Visualisierung 

Über die reine Darstellung geologischer Strukturen hinaus ermöglicht die Software eine erweiterte, interaktive Visualisierung komplexer Zusammenhänge und Parameter im Raum.

Fortgeschrittene Datenintegration 

Ein entscheidender Faktor für die Genauigkeit und Nützlichkeit der 3D-Visualisierung ist die Integration und Verarbeitung vielfältiger Datenquellen: 

• Bohrdaten und geophysikalische Messungen bieten tiefere Einsichten. 

• Zustandsdaten von dynamischen Systemen können modelliert und visualisiert werden. 
  

Simulation geologischer Prozesse

Der SubsurfaceViewer erlaubt die Simulation zukünftiger geologischer Veränderungen, wie tektonische Bewegungen, Sedimenttransport und Altlastendynamik. Durch die Kopplung geologischer Modelle mit physikalischen Prozessen können Entwicklungsszenarien erstellt und Auswirkungen auf den Untergrund über verschiedene Zeiträume hinweg bewertet werden. Dies ist besonders relevant bei der Beurteilung von Erosionsprozessen, Hangrutschungen, Grundwasserdynamik oder der langfristigen Ausbreitung von Schadstoffen. Auf diese Weise lassen sich präventive Maßnahmen entwickeln und Risiken für Infrastruktur, Umwelt und Bevölkerung frühzeitig erkennen.

Collaborative Nutzung

Mit Cloud-basierter Technologie kann eine einfache Zusammenarbeit über geografische Entfernungen hinweg erreicht werden. Unterschiedliche Fachdisziplinen – von Geologen und Hydrologen bis hin zu Planern und Ingenieuren – können gleichzeitig auf die Modelle zugreifen, Änderungen vornehmen und Ergebnisse direkt austauschen. Die Anbindung an GIS-Systeme erleichtert dabei nicht nur die Integration weiterer raumbezogener Daten, sondern ermöglicht auch Analysen auf lokaler, regionaler oder sogar globaler Ebene. Dadurch wird die interdisziplinäre Projektarbeit effizienter, transparenter und nachvollziehbarer.

Integration von Nachhaltigkeitsfaktoren

Nachhaltigkeits-Analysen und ökologische Risikoabschätzung unterstützen die verantwortungsvolle Planung und Projektentwicklung. Umweltrelevante Parameter wie Grundwasserneubildung, Bodenversiegelung, Schadstoffverlagerung oder Auswirkungen auf Ökosysteme können direkt im Modell berücksichtigt werden. Dies ermöglicht es, Eingriffe in den Untergrund hinsichtlich ihrer ökologischen, sozialen und ökonomischen Folgen umfassend zu bewerten. Der SubsurfaceViewer wird damit zu einem wichtigen Werkzeug für zukunftsfähige Entscheidungen in den Bereichen Umwelt-, Ressourcen- und Stadtplanung.

Anwendungsbeispiele 

Die Einsatzmöglichkeiten der 3D-Modellierung und Visualisierung sind vielfältig und reichen von hydrogeologischen Fragestellungen bis hin zur Planung komplexer Infrastrukturprojekte.

Grundwassermodellierung

Durch die Kombination von Schichtmodellen und hydraulischen Parametern lassen sich Grundwasserleiter und -stauer präzise abbilden. Das ermöglicht die Simulation von Grundwasserflüssen, die Ermittlung von Strömungsrichtungen sowie die Abschätzung von Grundwasserneubildung und -austritt. Insbesondere für Wasserschutzgebiete, Trinkwassergewinnung oder die Bewertung von Eingriffen in den Wasserhaushalt ist eine realistische Darstellung der geologischen Verhältnisse unerlässlich. Zudem können potenzielle Beeinträchtigungen durch Bauprojekte, Absenkungen oder Schadstoffeinträge zuverlässig bewertet werden.

Baugrunduntersuchungen

Die 3D-Modelle liefern wichtige Informationen über Tragfähigkeit, Setzungsverhalten und potenzielle Risiken wie Altlasten oder Hohlräume. Sie unterstützen Fachplaner dabei, Baugrundrisiken frühzeitig zu erkennen und in die Planung einzubeziehen. Durch die exakte Visualisierung von Schichtgrenzen, Lockerzonen, Felsüberlagerungen oder Störzonen lassen sich Gründungen effizienter und sicherer planen. Darüber hinaus können geotechnische Parameter direkt in das Modell integriert werden, um Variantenvergleiche oder Risikobewertungen zu ermöglichen.

Altlastenerkundung

Kontaminierte Bereiche können räumlich eingegrenzt und mit Schadstoffverteilungen verknüpft werden. Das ist eine wichtige Grundlage für Sanierungsstrategien, Gefährdungsabschätzungen und Monitoringmaßnahmen. Die dreidimensionale Darstellung erleichtert das Verständnis von Ausbreitungspfaden im Boden oder Grundwasser und unterstützt die Planung gezielter Probenahmen. Darüber hinaus ermöglicht das Modell die Bewertung möglicher Wechselwirkungen mit geologischen Strukturen, etwa bei Grundwasserströmungen oder Porendurchlässigkeiten.

Stadt- und Infrastrukturplanung

Gerade in urbanen Räumen mit komplexem Untergrund liefert der SubsurfaceViewer wertvolle Entscheidungsgrundlagen für Bauprojekte, Tunnelbau oder Versorgungsleitungen. Durch die frühzeitige Einbindung von 3D-Untergrundmodellen können Planungsprozesse effizienter gestaltet und teure Überraschungen im Bauablauf vermieden werden. Die Modelle unterstützen nicht nur die technische Planung, sondern auch Genehmigungsverfahren, Bürgerbeteiligung und die Kommunikation zwischen Fachdisziplinen. Insbesondere bei Großprojekten wie U-Bahn-Bau, Tiefgaragen, Fundamentierungen oder der Erneuerung von Ver- und Entsorgungsinfrastruktur bieten sie einen entscheidenden Mehrwert.

Fazit 

Die 3D-Visualisierung des Untergrunds mit dem SubsurfaceViewer ist weit mehr als nur ein technisches Hilfsmittel: Sie ist ein Fenster in eine verborgene Welt. Die Kombination aus wissenschaftlicher Präzision, intuitiver Bedienung und leistungsstarker Visualisierung macht den SubsurfaceViewer zu einem unverzichtbaren Werkzeug für alle, die sich mit dem Untergrund beschäftigen, sei es in der Forschung, Planung oder Praxis. Mit fortschreitender Technologie versprechen weitere Module, die Möglichkeiten der Erkundung und Nutzung des Untergrunds erheblich zu erweitern.